CN113467479B - 一种工作区域中作业路径的调整方法及自动行走设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种工作区域中作业路径的调整方法及自动行走设备。本申请的自动行走设备根据其遍历工作区域的次数或间隔时间判断是否达到路径调整条件，进而在满足条件时更新其作业路径的调整参量，从而改变其作业路径，避免同一路径下相同位置的草坪地面被反复碾压。本申请能够保证自动行走设备在工作区域作业过中减少对地面的伤害。

Description

一种工作区域中作业路径的调整方法及自动行走设备

技术领域

本申请涉及自动行走设备的控制技术领域，具体而言涉及一种工作区域中作业路径的调整方法及自动行走设备。

背景技术

现有智能割草机等自动行走设备通过路径规划沿着固定路径遍历工作区域进行割草等作业。现有遍历方式下自动行走设备在工作区域内的运行路径简单。现有的路径遍历方式下，自动行走设备每次作业时均按照固定路线行驶，机器轮胎沿固定轨迹碾压草坪，机器的作业装置则会沿固定轨迹对工作区域的地面面进行作业。因此，当草坪等工作区域维护频次较频繁时，机器轮胎很容易在工作区域内碾压出固定的轨迹，机器的作业装置也容易过度地对其作业范围内的地面进行草坪切削而影响草坪平整度。情况严重时，车辙内的草坪会枯死，工作区域边界的转弯伟指出还可能会因为机器的频繁碾压而成片地压坏草皮。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种工作区域中作业路径的调整方法及自动行走设备，本申请通过调整自动行走设备的作业路径，能够有效避免自动行走设备往复碾压损坏草皮。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种工作区域中作业路径的调整方法，其步骤包括：根据自动行走设备遍历工作区域的次数或间隔时间，判断是否满足路径调整条件；在满足路径调整条件时，更新自动行走设备作业路径的调整参量，按照更新后所获得的作业路径驱动自动行走设备运行。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，所述路径调整条件包括：自动行走设备遍历工作区域的次数达到预设阈值；或，自动行走设备遍历工作区域的间隔时间小于预设周期。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，更新自动行走设备作业路径的调整参量包括以下任意一种方式，或以下任意方式的组合：更新自动行走设备作业路径的起始点位置；更新自动行走设备作业路径的偏移量；更新自动行走设备作业路径的偏移方向；更新自动行走设备作业路径的类型；更新自动行走设备作业路径的旋转角度。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，自动行走设备作业路径的类型包括：直线路径、曲线路径或其组合，各所述直线路径和/或曲线路径分别：平行于工作区域边界，或与工作区域边界形成固定夹角，或在预设的偏转范围内往复偏转，或沿工作区域边界逐圈向内收缩。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，更新自动行走设备作业路径的起始点位置的步骤包括：随机选取工作区域边界内部任意一点作为更新后作业路径的起始点，或者，随机选取工作区域边界上的任意一点作为更新后作业路径的起始点。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，更新自动行走设备作业路径偏移量的步骤包括：在作业路径的偏移次数未超出正向偏移预设范围时，将自动行走设备原先的各段作业路径分别沿第一方向平移n个单位距离；在作业路径的偏移次数超出正向偏移预设范围后，将自动行走设备原先的各段作业路径分别沿第二方向平移m个单位距离；其中，m和n均为正整数。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，所述单位距离为自动行走设备的轮宽距离，或自动行走设备的作业宽幅。

可选的，如上任一所述的工作区域中作业路径的调整方法，其中，更新自动行走设备作业路径旋转角度的步骤包括：将自动行走设备原先的各段作业路径分别以同一旋转中心顺时针或逆时针旋转预设角度。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种自动行走设备，其包括：控制单元；行走单元，其根据控制单元的控制信号驱动自动行走设备运行；定位单元，用于向控制单元输出自动行走设备的定位信号；存储单元，其内部存储有程序指令，所述程序指令在被自动行走设备的控制单元执行时，使得所述控制单元执行如上任一项所述的作业路径的调整方法。

可选的，如上任一所述的自动行走设备，其中，所述定位单元包括以下任意一种或其组合：高精度卫星定位模块，UWB定位传感器、惯性导航传感器。

有益效果

本申请所提供的自动行走设备其可根据自身遍历工作区域的次数或间隔时间判断是否达到路径调整条件，进而在满足条件时触发对其作业路径的调整参量进行更新，从而切换至新的作业路径，避免同一路径下相同位置的草坪地面被反复碾压。本申请能够保证自动行走设备在工作区域作业过中减少对地面的伤害。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请自动行走设备的工作区域及作业路径起始点位置的示意图；

图2是本申请的自动行走设备遍历工作区时第一种作业路径的示意图；

图3是本申请的自动行走设备遍历工作区时第二种作业路径的示意图；

图4是本申请的自动行走设备遍历工作区时第三种作业路径的示意图；

图5是本申请的自动行走设备遍历工作区时第四种作业路径的示意图；

图6是本申请的自动行走设备遍历工作区时第五种作业路径的示意图；

图7是本申请的自动行走设备遍历工作区时第六种作业路径的示意图；

图8是本申请的自动行走设备遍历工作区时第七种作业路径的示意图；

图9是本申请的自动行走设备进行作业路径调整的具体步骤流程示意图。

图中，1表示工作区域的第一极值点；2表示工作区域的第二极值点；3表示工作区域的第三极值点；4表示工作区域的第四极值点；5表示自动行走设备。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于自动行走设备的工作区域而言，指向其共工作区域内部的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“左、右”的含义指的是沿自动行走设备的前进方向，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请通过设置割草机器人等自动行走设备在临近的几次草坪维护作业过程中或在临近的几次遍历工作区域的过程中，使用不同的路径规划方案，执行遍历作业工作，而提供一种能有效避免压坏工作区域地面的自动行走设备。本申请的自动行走设备可设置为包括：

控制单元；

行走单元，其根据控制单元的控制信号，通过电机相应驱动行走轮而带动自动行走设备运行；

定位单元，其可选择通过高精度卫星定位模块，UWB定位传感器、惯性导航传感器等模块获取自动行走在工作区域中的相对位置或者绝对位置，进而向控制单元输出自动行走设备的定位信号；上述各定位单元所产生的位置坐标可采用数组的方式，对应为地图数据的一个坐标点，该坐标点通常可设置为包括横坐标和纵坐标，此外还可以采用极坐标或者其他定义下的坐标系，其中，卫星或UWB定位单元可与惯性导航传感器配合，可通过惯性导航传感器感应自行走设备行走过程中的惯性数据，根据该数据校准其他定位单元的定位偏差以提高定位与导航的精度；

存储单元，其内部存储有程序指令，所述程序指令在被自动行走设备的控制单元执行时，使得所述控制单元按照图9所示的方式根据自动行走设备遍历工作区域的次数或间隔时间，判断是否满足路径调整条件，进而在满足路径调整条件时，更新自动行走设备作业路径的调整参量，以使得自动行走设备能够按照更新后所获得的作业路径驱动其运行作业。

在更新作业路径时，控制单元可通过以下任意的方式，在自动行走设备遍历工作区域的次数达到预设阈值，或，在自动行走设备遍历工作区域的间隔时间小于预设周期时对具体运行的作业路径进行调整，以避免自动行走设备在运行过程中反复碾压同一路径上的草皮、地面，进而避免自动行走设备作业过程中损伤碾压位置的草皮、地面：

1、在当前作业路径规划方案上更换自动行走设备每次出基站后的遍历起始点位置，避免机器每次出基站都沿着同一条路径到遍历起始点位置，压坏草坪。以割草机遍历草坪执行割草作业为例，这种方式下遍历起始点的位置分布可通过图1方式，随机选择或者按照预设的规律选择预先标记的1号到4号遍历起始点位置实现。

2、在当前作业路径规划方案上，将路径根据遍历次数的不同整体偏移一定距离，从而通过路径本身的偏移量错开各次遍历过程中自动行走设备行走轮碾压区域，并错开其作业刀片的作业宽幅区域，进而避免同一位置的地面被反复碾压或被反复执行作业，进而保护地面草皮。在进行整体偏移时，一般可设置距离工作区域边界一定范围内或超出工作区域边界的作业路径不进行偏移，设置各次遍历作业过程分别选择不同偏移方向、或选择不同偏移量，或在自动行走设备向一个方向偏移一定次数后设置其进行反向偏移，以避免偏移后无作业路径通过的空白工作区域越来越大。

3、预先规划出多种遍历工作区域的作业路径，在实际作业中随机选取其中一条路径，以更新后的自动行走设备作业路径的类型进行作业。

4、旋转地图，或更新自动行走设备作业路径的旋转角度，由此在不同遍历过程中以不同方向的不同路径实现对工作区域的遍历。

下面分别以割草机遍历草坪中的工作区域执行割草作业为例，对上述若干种遍历路径的调整方式进行说明。

实施例1

针对上面所述第1点：可设置割草机在完成工作区域的地图创建完成后，在每次启动割草作业时，随机选择二维平面上边界内符合作业范围内任意一点作为割草起始点位，或者在创建地图时选取多边形工作区域上的几个符合作业点选取规则的边界极值点，如图1中工作区域的边界线的4个拐角点 (xmin,ymin), (xmin,ymax), (xmax,ymin), (xmax,ymax)，作为割草起始点位，进而选择类似于图4、图5、图6或任意类型的工作路径进行工作区域的遍历作业。

此外，工作区域边界上的其他任意一点也可作为更新后作业路径的起始点，而改变自动行走设备的遍历路径，从而避免对特定路径位置上的草地反复碾压，以提高割草作业的均匀程度，提升割草作业效果并保护作业区域地面。

实施例2

针对上面所述第2点：以规划的路径坐标系为直角坐标系为例，在边界内机器规划其中一条路径上的坐标点集合P1[(x1，y1),(x1，y2),(x1，y3),(x1，y4),(x1，y5)], 在智能割草机完成第一遍后，开始第二次或任意设定的第n次遍历时，可以将坐标点集合P1中各坐标点的X轴坐标值加一个或多个轮宽单位，或根据割草机刀盘的切割半径或直径偏移一个或多个作业宽幅，或者沿其他方向对坐标点集合P1的各坐标进行一定距离的偏移以保证机器在多次遍历后不反复重复上次的坐标点。

上述对遍历路径进行偏移时，当需要对边界附近的工作路径点位做偏移时，还可以配合进行点位是否超出边界线的判断，当偏移的点位超出边界时，或，当平移后的任一段作业路径与工作区域边界之间距离小于安全阈值时，为保护割草机不运行至边界线外，因此可以设置不进行此次的偏移。其他方式下，还可直接由自动行走设备自身判断：在沿偏移后的作业路径运行到工作区域边界时，根据边界线的地图信息或者预先埋设的边界线触发自动行走设备转向，或折返。具体对作业路径的偏移可参考图2、图3、图4所示。

实践中，为避免作业路径偏移后，无作业路径通过的空白工作区域越来越大，一般还需要在将自动行走设备原先的各段作业路径分别平移若干个单位距离，待作业路径的偏移次数超出正向偏转预设范围后，设置对作业路径进行反向偏移，或将作业路径向其他方向偏移。偏移的数值n一般可设置为一个正整数，每次偏移的单位距离可认为根据割草机轮子的宽度或者其割草刀盘的割草范围半径大小而设置为一个固定值。

实施例3

针对上面所述第3点：实际使用中可根据实际作业地图生成不同作业路径的路径规划图并将其保存在自动行走设备的存储单元中。由此，自动行走设备可以在每次运行遍历割草时，随机或者按顺序读取不同的路径规划方案，从而根据不同路径进行遍历。不同的遍历路径可参考图4、图5、图6所示，相应通过直线路径、曲线路径或直线与曲线的组合实现。各所述直线路径和/或曲线路径可分别设置为平行于工作区域边界，或与工作区域边界形成固定夹角，或在预设的偏转范围内往复偏转，或沿工作区域边界逐圈向内收缩。实践中，任意形式的路径图形，只要能够实现对工作区域的遍历均可采用。

实施例4

针对上面所述第4点：在进行遍历路径创建时可以根据边界范围内坐标点X轴点和Y轴点坐标系进行地图创建。以使用“y=ax+b”为作业路径的基础函数，通过按照一定单位递增b的数值选取一组路径坐标点实现对整个工作区域的遍历为例。基础的作业路径创建过程中，b取值范围（ymin,ymax）可设置在工作区域的纵坐标范围之内,a的取值范围可在一定的范围内，比如[0，5]的范围内。当对基础的作业路径遍历次数达到路径调整条件时，可以机器作业宽幅为标准单位增加b的取值以向上平移作业路径。也可在[0，5]的范围内调整a的取值，从而对原始的作业路径进行旋转，改变作业路径经过的具体坐标位置，避免反复碾压同一路径位置上的草地，实现对原先路径范围内地面植物的保护。

与平移作业路径的方式类似，当将自动行走设备原先的各段作业路径分别以同一旋转中心顺时针或逆时针旋转预设角度后，还可在旋转后的任一段作业路径与工作区域边界之间距离小于安全阈值或者超出工作区域边界时，取消对该段作业路径的旋转，从而保护自动行走设备不会超越其工作区域的边界。

当旋转后的作业路径是由起始点位置根据旋转角度重新生成路径时，可直接根据工作区域范围重新进行路径规划，而无需根据原始的作业路径的基础函数判断原始路径进行特定角度的旋转后是否超出工作区域范围。

由此，本申请通过调整自动行走设备的作业路径，能够有效避免自动行走设备往复碾压损坏草皮。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，包括：

根据自动行走设备遍历工作区域的次数或间隔时间，判断是否满足路径调整条件；

在满足路径调整条件时，更新自动行走设备作业路径的调整参量，按照更新后所获得的作业路径驱动自动行走设备运行；

其中，更新自动行走设备作业路径的调整参量包括：更新自动行走设备作业路径的偏移量；

更新自动行走设备作业路径偏移量的步骤包括：

将自动行走设备原先的各段作业路径分别平移n个单位距离，n为正整数；

当平移后的任一段作业路径与工作区域边界之间距离小于安全阈值或者超出工作区域边界时，取消对该段作业路径的平移；

其中，所述单位距离为自动行走设备的轮宽距离，或自动行走设备的作业宽幅。

2.如权利要求1所述的工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，所述路径调整条件包括：

自动行走设备遍历工作区域的次数达到预设阈值；

或，自动行走设备遍历工作区域的间隔时间小于预设周期。

3.如权利要求1所述的工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，更新自动行走设备作业路径的调整参量还包括以下任意一种方式，或以下任意方式的组合：

更新自动行走设备作业路径的起始点位置；

更新自动行走设备作业路径的偏移方向；

更新自动行走设备作业路径的类型；

更新自动行走设备作业路径的旋转角度。

4.如权利要求3所述的工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，自动行走设备作业路径的类型包括：直线路径、曲线路径或其组合，各所述直线路径和/或曲线路径分别：

平行于工作区域边界，或与工作区域边界形成固定夹角，或在预设的偏转范围内往复偏转，或沿工作区域边界逐圈向内收缩。

5.如权利要求3所述的工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，更新自动行走设备作业路径的起始点位置的步骤包括：随机选取工作区域边界内部任意一点作为更新后作业路径的起始点，或者，随机选取工作区域边界上的任意一点作为更新后作业路径的起始点。

6.如权利要求3所述的工作区域中作业路径的调整方法，其特征在于，更新自动行走设备作业路径旋转角度的步骤包括：

将自动行走设备原先的各段作业路径分别以同一旋转中心顺时针或逆时针旋转预设角度。

7.一种自动行走设备，其特征在于，包括：

控制单元；

行走单元，其根据控制单元的控制信号驱动自动行走设备运行；

定位单元，用于向控制单元输出自动行走设备的定位信号；

存储单元，其内部存储有程序指令，所述程序指令在被自动行走设备的控制单元执行时，使得所述控制单元执行权利要求1-6任一项所述的作业路径的调整方法。

8.如权利要求7所述的自动行走设备，其特征在于，所述定位单元包括以下任意一种或其组合：

高精度卫星定位模块，UWB定位传感器、惯性导航传感器。